商品簡介
本書是生物工程、生物技術、生物醫學工程專業學生的入門和引領課程，面向剛進入大學校門的學生介紹生物工程和生物技術基本概念、發展歷史、研究內容與現狀以及未來的發展前景，為後續更深入的專業學習建立基礎和培養興趣，也適用於其他理科、工科和文科非生物類專業本科生的通識教育教材。
作者簡介
李春，北京理工大學生命學院生物工程系，教授 博導，2001年獲天津大學生物化工博士學位，2003年清華大學生物化工博士後出站。2002年在日本東京工業大學生命理工學部進行合作研究。1995-1997年、2003-2005年于石河子大學工作，曾擔任學院實驗教學中心主任和院長。2005年以“百人計畫”人才進入北京理工大學工作。2006年開始擔任北京理工大學生命學院生物工
現主持國家級專案4項、省部級科研專案2項，其中國家自然科學基金面上項目2項，國家重大水專項課題1項，參與科技部“
生物化學基礎 2000.3-2000.6 本科生 32學時 天津大學
代謝工程與調控 2004.3-2005.6 本科生 32學時 石河子大學
蛋白質與酶工程 2007.9-2007.12 本科生 32學時 北京理工大學
生物技術導論 2005.3-2010.7 本科生 48學時 北京理工大學
生物工程與技術導論 2011.8-2013.7 本科生 32學時 北京理工大學
現代生物技術 2007-2013 碩士生 36學時 北京理工大學
生物分子工程 2012-2013 博士生 36學時 北京理工大學
序
《生物工程與技術導論》就是針對剛進入大學校門的生物類專業學生提供生物工程和生物技術基本概念、發展歷史、研究內容與現狀以及未來的發展前景，為後續更深入的專業學習建立基礎和培養興趣，本書也適用於其他理科、工科和文科非生物類專業本科生的通識教育，使學生了解生物工程與技術的基本知識。本書也是編著者在北京理工大學從2005年起開設該內容課程的體會和心得。是編著者在長期的教學過程中形成的對生物工程和生物技術專業較為完善的理解和深刻的認識。
生物技術（biotechnology）是指以現代生命科學理論為基礎，結合其他學科的科學原理，創造出新的能夠在體外實現生命過程的技術，並用於科學研究和解決社會與經濟生活中對新技術的需求。因此，生物技術具有新興前沿、交叉和綜合性。生物技術專業是生物科學發展到一定程度，對生命過程規律有了深刻認識後（從分子和細胞層面上學習的生物化學、細胞生物學、微生物學、分子生物學等），通過人類的聰明才智將許多生物體內的生化過程在體外得以實現，如PCR技術、DNA重組技術、細胞培養等，同時還有與其他學科交融發展的很多生化分析技術（如化學和物理學科）。生物技術屬於生物科學領域的技術類應用專業。
生物工程（bioengineering）是採用工程技術手段，應用生物技術進行預先設計新的生物過程、生化工藝和生物基產品，並進行工程優化與放大，研究過程中的科學問題，實現過程的節能減排和清潔高效，滿足人類生活所需產品和社會經濟發展的要求。生物工程是利用工程學的思想將現有生命規律進行工程化的頂層設計與重構，生物過程單元的優化與集成，從而創造新的生物過程（自然界沒有的）和探索未知生命現象的技術。這些思想是貫穿在整個生物工程的上游、中游和下游的，生物工程屬於生物科學領域的工程類應用專業。
目次
第一章緒論1
引言1
知識網路1
第一節生物技術的發展2
一、早期的生物技術與人類生存2
二、傳統生物過程與經驗技能2
三、現代生物技術的形成與發展3
第二節生物工程、生物技術專業的演變4
一、生物技術的知識體系與生命科學4
二、生物工程的知識體系與化學工程4
三、生物工程/生物技術專業的成熟與發展5
第三節生物工程中的學科交叉6
一、生物中的化學——生物化學、生物檢測7
二、生物中的物理——生物物理7
三、生物中的全局優化——系統生物學8
四、新生命與新生物功能的創造——合成生物學8
第四節生物工程與技術的應用9
一、優化與集成是生物工程的靈魂9
二、生物工程與人類健康14
三、生物工程與能源14
四、生物工程與環境16
五、生物工程與材料17
六、生物工程與安全17
七、生物工程與農業19
思考題20
參考文獻21
第二章碳代謝與代謝工程23
引言23
知識網路23
第一節糖與糖代謝24
一、糖的獲取——光合作用24
二、單糖與多糖26
三、糖代謝28
第二節脂類與脂代謝32
一、脂類簡介32
二、脂肪的分解代謝33
三、脂肪酸的合成代謝34
第三節碳代謝與其他代謝的關聯36
一、糖代謝與脂代謝的關係36
二、碳代謝與蛋白質代謝的關係37
三、核酸與其他代謝的關係37
第四節代謝工程基本理論37
一、基本概念37
二、代謝通量及其分析38
三、代謝網路及其分析39
四、代謝途徑設計與優化40
第五節代謝途徑的調控40
一、酶水準的代謝調控41
二、轉錄水準的代謝調控42
三、細胞水準的代謝調控43
第六節代謝工程的應用44
一、葡萄糖發酵生產乙醇的代謝優化45
二、甘油代謝最大理論得率預測47
思考題49
參考文獻49
第三章蛋白質與蛋白質工程51
引言51
知識網路51
第一節蛋白質結構基礎52
一、蛋白質結構的基本元件52
二、蛋白質結構的組織和主要類型55
三、蛋白質結構的形成與功能56
第二節蛋白質分子設計與預測58
一、蛋白質常用資料庫58
二、蛋白質結構與功能預測59
三、蛋白質分子設計的原理與原則60
四、基於天然蛋白質結構的分子設計61
五、全新蛋白質設計62
第三節蛋白質的修飾和表達63
一、蛋白質工程新技術策略63
二、蛋白質修飾的分子生物學途徑64
三、蛋白質修飾的化學途徑66
四、重組蛋白質表達的典型宿主67
第四節蛋白質的物理化學性質68
一、熱力學函數與蛋白質構象68
二、蛋白質突變、穩定性與折疊70
第五節蛋白質結構解析72
一、X射線晶體結構分析72
二、核磁共振波譜的溶液結構解析73
三、蛋白質結構解析其他技術74
第六節蛋白質工程的應用76
一、研究蛋白質結構與功能的關係76
二、改變蛋白質的特性76
三、生產蛋白質和多肽類活性物質76
四、設計合成酶絞手架控制代謝流77
五、設計合成全新蛋白質77
思考題78
參考文獻78
第四章酶與酶工程79
引言79
知識網路79
第一節酶學基礎80
一、酶與酶工程發展簡史80
二、酶的分類與命名81
三、酶的結構與作用特點82
四、酶的作用機制85
五、酶促反應動力學87
第二節酶的固定化90
一、酶的固定化策略90
二、輔酶的固定化93
三、固定化酶的表徵94
第三節非水相酶催化94
一、非水相酶催化概述94
二、非水相酶催化的反應類型98
三、非水相酶催化的影響因素98
第四節酶與酶工程的應用101
一、酶與酶工程的應用概況101
二、酶與酶工程的應用進展102
思考題108
參考文獻108
第五章核酸與基因重組技術111
引言111
知識網路111
第一節核酸112
一、核酸承載遺傳信息112
二、核酸的結構114
三、基因117
第二節基因重組技術118
一、重組技術的發明118
二、重組工具酶與載體118
三、重組核酸轉化與篩選120
四、 PCR技術122
五、如何克隆目標基因124
第三節基因重組技術前沿126
一、基因磚技術126
二、無縫重組技術127
第四節基因重組技術的應用130
思考題133
參考文獻134
第六章基因線路與合成生物學135
引言135
知識網路135
第一節合成生物學基礎136
一、合成生物學的概念與發展136
二、合成生物學的層次化結構設計137
三、生物模組的標準化139
四、合成生物系統的邏輯拓撲結構139
第二節元件與基因線路142
一、RNA元件與裝置142
二、DNA元件與裝置144
三、蛋白質元件與裝置146
第三節合成生物學工具147
一、DNA測序148
二、DNA合成149
三、生物區域化150
第四節合成生物技術的應用152
一、合成生物途徑生產藥物與新能源152
二、合成生物系統154
三、無細胞合成生物技術生產化學品156
第五節國際遺傳工程機器競賽158
一、iGEM簡介158
二、部分獲獎作品簡介158
思考題160
參考文獻160
第七章微生物與發酵工程161
引言161
知識網路161
第一節微生物基礎163
一、微生物的特點163
二、微生物分類及主要類型163
三、微生物的純化、退化、復壯與保藏165
四、微生物的營養168
五、影響微生物生長的因素171
六、微生物的培養方式172
第二節發酵工程的概述176
一、發酵工程的產生與發展176
二、發酵工程的範圍177
三、發酵工程的基本流程178
第三節發酵過程優化182
一、發酵培養基優化182
二、培養環境優化183
三、發酵過程調控優化184
第四節發酵過程的跨尺度調控策略187
一、發酵過程的多尺度188
二、代謝流為基礎的多尺度研究方法188
第五節發酵工程的應用191
思考題193
參考文獻193
第八章細胞與細胞工程195
引言195
知識網路195
第一節細胞基礎196
一、細胞的基本概念196
二、細胞的結構與功能197
三、細胞週期與細胞分裂199
四、細胞分化與細胞全能性202
第二節細胞工程203
一、植物細胞工程203
二、動物細胞工程212
第三節細胞工程的應用222
一、細胞工程在植物方面的應用222
二、細胞工程在動物方面的應用224
思考題226
參考文獻227
第九章生物反應器工程基礎229
引言229
知識網路229
第一節生物反應動力學230
一、細胞生長反應動力學230
二、固定化生物反應動力學233
第二節生物反應器的設計與操作234
一、生物反應器的分類與選型234
二、生物反應器的設計要求237
三、生物反應器的操作模式238
第三節生物反應器的傳遞和混合特性240
一、生物反應器的流體流動特性241
二、生物反應器的傳質特性242
三、生物反應器的傳熱特性244
四、生物反應器的混合特性245
第四節動植物細胞培養生物反應器247
一、動物細胞培養生物反應器247
二、植物細胞培養生物反應器249
第五節生物反應器的放大251
一、經驗放大法252
二、直接放大法254
三、其他放大方法256
思考題256
參考文獻257
第十章生物分離工程基礎259
引言259
知識網路259
第一節生物分離工程概述260
一、生物分離的特點260
二、生物分離的基本原理260
第二節生物分離的一般過程260
一、發酵液的預處理260
二、產物的提取261
三、產物的純化261
第三節生物分離的主要技術261
一、萃取261
二、過濾與離心分離263
三、膜分離265
四、吸附與離子交換分離266
五、色譜分離269
六、電泳分離技術273
七、結晶274
第四節生物分離工程應用276
一、雙水相萃取分離生物工程產品276
二、反膠團萃取分離生物工程產品276
三、膜分離生物工程產品278
思考題278
參考文獻278
第十一章生物工程經濟學279
引言279
知識網路279
第一節生物工程產業的發展歷史280
第二節國內外生物工程產業的發展現狀280
第三節生物工程經濟學的基本要素281
一、經濟效益的概念281
二、投資282
三、現金流量及現金流量圖282
四、固定資產的折舊283
五、成本和費用284
六、銷售收入、稅金和利潤285
第四節生物工程經濟評價方法286
一、專案經濟評價的概念286
二、專案經濟評價的類別286
三、專案經濟評價的方法286
第五節生物工程項目經濟分析與評價287
一、可行性研究287
二、盈虧平衡分析288
三、生物工程項目的財務性評價289
第六節基因工程菌生產多聚陽離子抗菌肽經濟學分析實例291
一、固定資產投資292
二、固定成本293
三、變動成本294
四、盈虧平衡分析295
五、利潤分析295
思考題295
參考文獻296
第十二章生物技術倫理與知識產權297
引言297
知識網路297
第一節生物安全298
一、生物安全概述298
二、生物安全工作中的基本原則299
三、我國生物安全工作涉及的主要事項299
四、我國對生物安全工作的基本要求299
第二節生物技術倫理300
一、倫理概述300
二、生物技術與倫理的關係300
三、醫學中不同生物技術的倫理問題301
四、生物技術應當承擔的倫理義務304
第三節生物技術的知識產權保護306
一、知識產權基本概述306
二、生物技術所涉及的知識產權307
三、侵犯知識產權的基本方式和保護途徑310
四、知識產權的國際化保護311
思考題311
參考文獻311
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